KR100763905B1 - Microfluidic device for electrochemically regulating the pH of a fluid therein using semiconductor doped with impurity and method for regulating the pH of a fluid in a microfluidic device using the same - Google Patents

Microfluidic device for electrochemically regulating the pH of a fluid therein using semiconductor doped with impurity and method for regulating the pH of a fluid in a microfluidic device using the same Download PDF

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Abstract

본 발명은 a) 캐소드 기판; b) 상기 캐소드 기판에 대향하여 위치하고 상기 캐소드 기판과 함께 반응 챔버를 형성하는 애노드 기판; 및 c) 상기 캐소드 기판 및 애노드 기판의 경계를 구분하는 부도체를 포함하고, 상기 캐소드 기판 및 애노드 기판 중 적어도 하나는 불순물로 도핑된 반도체이고 나머지는 금속 전극인 것을 특징으로 하는 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치 및 그를 이용하여 pH를 조절하는 방법을 제공한다. 본 발명의 미세유동장치는 별도의 전극을 필요로 하지 않고, 그에 의해 전극과 외부 사이의 전기적 연결을 필요로 하지 않으므로 미세유동장치의 소형화, 제작 공정의 단순화, 챔버의 누수 문제의 해결 및 제작 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 미세유동장치는 캐소드 기판의 챔버 내측에 생분자 물질을 흡착할 수 있는 미세 구조를 포함하여 다양한 생물학적 분석과정들을 통합할 수 있고, 반도체 제조 공정을 이용하여 용이하게 제작될 수 있다. 본 발명의 방법에 의하면, 미세유동장치 내의 유체의 pH를 신속하고 용이하게 조절할 수 있고/있거나 생분자 물질을 효율적으로 농축시킬 수 있다.The present invention comprises: a) a cathode substrate; b) an anode substrate positioned opposite said cathode substrate and forming a reaction chamber with said cathode substrate; And c) an insulator separating the boundary between the cathode substrate and the anode substrate, wherein at least one of the cathode substrate and the anode substrate is a semiconductor doped with impurities and the remainder is a metal electrode electrochemically It provides a microfluidic device for adjusting the pH and a method for adjusting the pH using the same. The microfluidic device of the present invention does not require a separate electrode, and thus does not require an electrical connection between the electrode and the outside, thereby miniaturizing the microfluidic device, simplifying the manufacturing process, solving a leak of the chamber, and manufacturing cost. Can be reduced. In addition, the microfluidic device of the present invention can integrate various biological analysis processes including a microstructure capable of adsorbing biomolecule material inside the chamber of the cathode substrate, and can be easily manufactured using a semiconductor manufacturing process. . According to the method of the present invention, it is possible to quickly and easily adjust the pH of the fluid in the microfluidic device and / or to efficiently concentrate the biomolecule material.

전기분해, pH, 미세유동장치, 랩온어칩, 도핑된 실리콘, 미세 구조, 세포 용해 Electrolysis, pH, Microfluidic Device, Lab-on-a-Chip, Doped Silicon, Microstructure, Cell Lysis

Description

불순물로 도핑된 반도체를 이용하는 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치 및 그를 이용하여 pH를 조절하는 방법{Microfluidic device for electrochemically regulating the pH of a fluid therein using semiconductor doped with impurity and method for regulating the pH of a fluid in a microfluidic device using the same}Microfluidic device for electrochemically regulating the pH of a fluid therein using semiconductor doped with impurity and method for regulating the pH of a fluid in a microfluidic device using the same}

도 1은 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하기 위한 종래의 미세유동장치의 일 예를 도시한 측면 단면도이다.1 is a side cross-sectional view showing an example of a conventional microfluidic device for electrochemically adjusting the pH of a fluid.

도 2는 본 발명에 따른 미세유동장치의 일 예를 도시한 측면 단면도이다.Figure 2 is a side cross-sectional view showing an example of a microfluidic device according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 미세유동장치의 다른 예를 도시한 측면 단면도이다.3 is a side cross-sectional view showing another example of a microfluidic device according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 미세유동장치의 또 다른 예를 도시한 측면 단면도이다.Figure 4 is a side cross-sectional view showing another example of a microfluidic device according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 기판의 챔버 내측에 형성되어 있는 미세 구조의 일 예를 확대한 측면 단면도이다.Figure 5 is an enlarged side cross-sectional view of an example of the microstructure formed in the chamber of the cathode substrate of the microfluidic device according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 기판의 챔버 내측에 형성되어 있는 미세 구조의 다른 예를 확대한 상면도이다.Figure 6 is an enlarged top view of another example of the microstructure formed inside the chamber of the cathode substrate of the microfluidic device according to the present invention.

도 7은 본 발명의 실시예에서 제작한 본 발명에 따른 미세유동장치를 나타내는 사진이다.Figure 7 is a photograph showing a microfluidic device according to the present invention produced in the embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 및 애노드 전극의 종류에 따른 전류량을 각 전압에 대하여 측정한 그래프이다(A: 애노드(Pt)/캐소드(Pt), B: 애노드(n형 Si)/캐소드(n형 Si), C: 애노드(p형 Si)/캐소드(p형 Si), D: 애노드(Pt)/캐소드(n형 Si), E: 애노드(Pt)/캐소드(p형 Si)).8 is a graph measuring the amount of current according to the type of cathode and anode electrode of the microfluidic device according to the present invention for each voltage (A: anode (Pt) / cathode (Pt), B: anode (n-type Si)) / Cathode (n-type Si), C: anode (p-type Si) / cathode (p-type Si), D: anode (Pt) / cathode (n-type Si), E: anode (Pt) / cathode (p-type Si )).

도 9A는 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 챔버의 전압 인가 후의 pH를 측정한 결과를 도시한 그래프이다(A: 애노드(Pt)/캐소드(Pt), B: 애노드(n형 Si)/캐소드(n형 Si), C: 애노드(p형 Si)/캐소드(p형 Si), D: 애노드(Pt)/캐소드(n형 Si), E: 애노드(Pt)/캐소드(p형 Si)).Figure 9A is a graph showing the result of measuring the pH after the voltage application of the cathode chamber of the microfluidic device according to the present invention (A: anode (Pt) / cathode (Pt), B: anode (n-type Si) / cathode) (n-type Si), C: anode (p-type Si) / cathode (p-type Si), D: anode (Pt) / cathode (n-type Si), E: anode (Pt) / cathode (p-type Si)) .

도 9B는 본 발명에 따른 미세유동장치의 애노드 챔버의 전압 인가 후의 pH를 측정한 결과를 도시한 그래프이다(A: 애노드(Pt)/캐소드(Pt), B: 애노드(n형 Si)/캐소드(n형 Si), C: 애노드(p형 Si)/캐소드(p형 Si), D: 애노드(Pt)/캐소드(n형 Si), E: 애노드(Pt)/캐소드(p형 Si)).Figure 9B is a graph showing the result of measuring the pH after voltage application of the anode chamber of the microfluidic device according to the present invention (A: anode (Pt) / cathode (Pt), B: anode (n-type Si) / cathode) (n-type Si), C: anode (p-type Si) / cathode (p-type Si), D: anode (Pt) / cathode (n-type Si), E: anode (Pt) / cathode (p-type Si)) .

도 10은 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 전극의 종류에 따른 캐소드에서의 DNA 안정성을 측정한 그래프이다.Figure 10 is a graph measuring the DNA stability in the cathode according to the type of cathode electrode of the microfluidic device according to the present invention.

도 11은 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 및 애노드 전극의 종류에 따른 캐소드 챔버에서의 세포 용해도를 측정한 그래프이다.11 is a graph measuring cell solubility in a cathode chamber according to the type of cathode and anode electrode of the microfluidic device according to the present invention.

본 발명은 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치 및 그를 이용하여 미세유동장치 내의 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microfluidic device for electrochemically adjusting the pH of a fluid and a method for electrochemically adjusting the pH of a fluid in a microfluidic device using the same.

미세유동장치는 입구, 출구 및 반응 용기 등이 마이크로채널을 통하여 유체적으로 연결되어 있는 장치를 말한다. 이러한 미세유동장치에는 상기 마이크로채널이 형성되어 있는 외에 일반적으로 유체의 이송을 위한 마이크로펌프, 유체의 혼합을 위한 마이크로믹서 및 이송되는 유체를 여과하기 위한 마이크로필터 등이 구비되어 있다.The microfluidic device refers to a device in which the inlet, the outlet, and the reaction vessel are fluidly connected through the microchannel. In addition to the microchannel, the microfluidic device is generally provided with a micropump for transporting a fluid, a micromixer for mixing a fluid, and a microfilter for filtering the transported fluid.

이러한 미세유동장치는 당업계에 널리 알려져 있으며, 샘플 내의 세포 농축(enrichment), 세포의 용해(lysis), 생분자 정제, PCR과 같은 핵산의 증폭 및 분리, 단백질의 분리, 혼성화 반응, 및 검출과 같은 일련의 생물학적 분석과정을 수행하는 랩온어칩(Lab-on-a-chip: LOC)과 같은 미세분석장치에 이용되고 있다.Such microfluidic devices are well known in the art and include cell enrichment in samples, cell lysis, biomolecular purification, amplification and isolation of nucleic acids such as PCR, protein isolation, hybridization, and detection, It is used in microanalytical devices such as lab-on-a-chip (LOC) that perform the same series of biological analyses.

미세유동장치를 이용하여 상기와 같은 다양한 생물학적 분석 과정을 수행하기 위해서는 각 단계마다 상이한 pH를 필요로 한다. 상기 생물학적 분석과정에 있어서, 종래 pH의 조절은 산성 용액, 염기성 용액, 중성 용액 또는 버퍼 용액을 첨가하거나 제거함으로써 이루어졌다. 그러나, 미세유동장치에 있어서 이러한 pH 조정용 용액을 첨가하거나 제거하는 경우, 별도의 장치 및 과정을 필요로 할 뿐만 아니라, 샘플 용액이 희석되는 문제점이 발생한다. 이러한 용액의 주입 단계 및 장치 문제는 미세 부피를 다루는 미세유동장치에 있어서는 심각한 문제가 될 수 있으며, 희석은 원하는 샘플을 채취하거나 증폭시킬 때 문제가 될 수 있다. 또한, 이렇게 첨가된 pH 조절 물질은 추후의 생물학적 분석 과정에서 저해물질로서 작용할 수 있는 경우에는 사용 후 제거되어야 하는 경우도 발생한다.In order to perform such various biological analytical procedures using a microfluidic device, a different pH is required for each step. In the biological analysis process, conventional pH adjustment was made by adding or removing acidic solution, basic solution, neutral solution or buffer solution. However, in the case of adding or removing such a pH adjusting solution in the microfluidic device, not only a separate device and a procedure are required, but also a problem in that the sample solution is diluted. These injection step and device problems can be a serious problem for microfluidics handling microvolumes, and dilution can be a problem when taking or amplifying the desired sample. In addition, the pH-adjusting substance thus added may also be removed after use if it can act as an inhibitor in a subsequent biological analysis.

외부로부터 pH 조절 시약을 주입하는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 전기분해를 이용하는 방법이 있다. 예컨대, 애노드 챔버, 캐소드 챔버 및 상기 챔버들 사이에 설치되는 분할 막을 포함하는 전기분해장치를 이용하여 pH를 조절하는 방법이 있다. 도 1은 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하기 위한 종래의 미세유동장치의 일 예를 도시한 측면 단면도이다. 도 1을 참조하면, 상기 종래 장치는 캐소드(11), 애노드(13) 및 그들 사이를 막고 있는 분할 막(15)을 포함한다. 또한, 상기 종래 장치는 캐소드(11) 및 애노드(13)를 전원 공급 장치(17)에 전기적으로 연결하기 위하여 반응 챔버로부터 외부로 도선을 빼야 한다. 하지만, 상기와 같은 전기적 연결은 미세유동장치의 소형화에 한계로서 작용하고, 제작 공정이 복잡해지며, 제작 비용을 상승시키는 원인이 된다.There is a method using the electrolysis as a method for solving the problems of the prior art injecting the pH control reagent from the outside. For example, there is a method of adjusting pH by using an electrolysis device including an anode chamber, a cathode chamber, and a partition membrane installed between the chambers. 1 is a side cross-sectional view showing an example of a conventional microfluidic device for electrochemically adjusting the pH of a fluid. Referring to FIG. 1, the conventional apparatus includes a cathode 11, an anode 13 and a partition film 15 blocking therebetween. In addition, the prior art device must pull the conductor out of the reaction chamber to electrically connect the cathode 11 and the anode 13 to the power supply 17. However, such electrical connection acts as a limit to the miniaturization of the microfluidic device, complicates the manufacturing process, and increases the manufacturing cost.

한편, 세포를 흡착 또는 결합할 수 있는 미세 구조가 당업계에 알려져 있다. 예컨대, 상기 세포를 흡착 또는 결합할 수 있는 미세 구조는 다공성 구조, 필라(pillar) 구조, 및 체(sieve) 구조이다(ANALYTICAL BIOCHEMISTRY 257, 95-100 (1998), Integrated Cell Isolation and Polymerase Chain Reaction Analysis Using Silicon Microfilter Chambers, Peter Wilding; US 6,440,725 참조).Meanwhile, microstructures capable of adsorbing or binding to cells are known in the art. For example, the microstructures that can adsorb or bind the cells are porous, pillar, and sieve structures (ANALYTICAL BIOCHEMISTRY 257, 95-100 (1998), Integrated Cell Isolation and Polymerase Chain Reaction Analysis). Using Silicon Microfilter Chambers, Peter Wilding; see US 6,440,725.

랩온어칩에 사용되는 미세유동장치에 있어서, 모든 분석 과정의 자동화를 위하여 각 구성 및 기능의 통합(integration)이 중요한 목표이다. 하지만, 상기 pH 조절 기능 및 세포 흡착 또는 결합 기능을 통합하려는 시도는 현재까지 없는 실정이다.In microfluidic devices used in lab-on-a-chip, the integration of each configuration and function is an important goal for the automation of all analytical processes. However, there have been no attempts to integrate the pH control function and the cell adsorption or binding function.

본 발명은 상기의 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide a microfluidic device for electrochemically controlling the pH of a fluid.

본 발명의 다른 목적은 상기 미세유동장치를 이용하여 전기분해에 의하여 미세유동장치 내의 유체의 pH를 조절하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of controlling the pH of a fluid in a microfluidic device by electrolysis using the microfluidic device.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 a) 캐소드 기판; b) 상기 캐소드 기판에 대향하여 위치하고 상기 캐소드 기판과 함께 반응 챔버를 형성하는 애노드 기판; 및 c) 상기 캐소드 기판 및 애노드 기판의 경계를 구분하는 부도체를 포함하고, 상기 캐소드 기판 및 애노드 기판 중 적어도 하나는 불순물로 도핑된 반도체이고 나머지는 금속 전극인 것을 특징으로 하는 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치를 제공한다. In order to achieve the object of the present invention, the present invention comprises: a) a cathode substrate; b) an anode substrate positioned opposite said cathode substrate and forming a reaction chamber with said cathode substrate; And c) an insulator separating the boundary between the cathode substrate and the anode substrate, wherein at least one of the cathode substrate and the anode substrate is a semiconductor doped with impurities and the remainder is a metal electrode electrochemically It provides a microfluidic device for adjusting the.

본 발명에 따른 미세유동장치는 세포 용해를 위하여 사용될 수 있다. 상기 세포 용해용 미세유동장치는 a) 불순물로 도핑된 반도체인 캐소드 기판; b) 상기 캐소드 기판에 대향하여 위치하고 상기 캐소드 기판과 함께 반응 챔버를 형성하며 불순물로 도핑된 반도체 또는 금속 전극인 애노드 기판; 및 c) 상기 캐소드 기판 및 애노드 기판의 경계를 구분하는 부도체를 포함하고, 상기 캐소드 기판의 챔버 내측에 생분자 물질을 흡착할 수 있는 미세 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. The microfluidic device according to the invention can be used for cell lysis. The microfluidic device for cell lysis includes a) a cathode substrate which is a semiconductor doped with impurities; b) an anode substrate positioned opposite the cathode substrate and forming a reaction chamber together with the cathode substrate and being a semiconductor or metal electrode doped with impurities; And c) an insulator separating the boundary between the cathode substrate and the anode substrate, wherein a microstructure capable of adsorbing the biomolecule material is formed inside the chamber of the cathode substrate.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구체예는 a) 반응 챔버에 이온을 포함하는 물보다 표준산화전위가 낮은 이온 또는 높은 이온, 및 물보다 표준환원전위가 낮은 이온을 포함하는 용액을 유입시키는 단계; 및 b) 애노드 기판 및 캐소드 기판을 통하여 전압을 인가하여 상기 반응 챔버에서 전기분해를 일으켜 상기 반응 챔버에 유입된 용액의 pH를 조절하는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 미세유동장치 내의 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하는 방법을 제공한다.In order to achieve another object of the present invention, one embodiment of the present invention comprises a) ions having a lower standard oxidation potential or higher ions than water containing ions in the reaction chamber, and ions having a lower standard reduction potential than water. Introducing a solution; And b) applying a voltage through the anode substrate and the cathode substrate to cause electrolysis in the reaction chamber to adjust the pH of the solution introduced into the reaction chamber. It provides a method of electrochemical control.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 구체예는 a) 애노드 챔버에 물보다 표준산화전위가 낮은 이온 또는 높은 이온을 포함하는 용액을 유입시키는 단계; b) 캐소드 챔버에 물보다 표준환원전위가 낮은 이온을 포함하는 용액을 유입시키는 단계; 및 c) 애노드 기판 및 캐소드 기판을 통하여 전압을 인가하여 상기 애노드 챔버 및 캐소드 챔버에서 전기분해를 일으켜 상기 애노드 챔버 또는 캐소드 챔버에 유입된 용액의 pH를 조절하는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 미세유동장치 내의 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하는 방법을 제공한다.In order to achieve another object of the present invention, another embodiment of the present invention comprises the steps of: a) introducing a solution containing a high ion or a low ion oxidation potential than the water in the anode chamber; b) introducing a solution containing ions having a lower standard reduction potential than water into the cathode chamber; And c) applying a voltage through an anode substrate and a cathode substrate to cause electrolysis in the anode chamber and the cathode chamber to adjust the pH of the solution introduced into the anode chamber or the cathode chamber, according to the present invention. A method of electrochemically controlling the pH of a fluid in a device is provided.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 일면은 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치에 관한 것이다.One aspect of the invention relates to a microfluidic device for electrochemically adjusting the pH of a fluid.

도 2는 본 발명에 따른 미세유동장치의 일 예를 도시한 측면 단면도이다.Figure 2 is a side cross-sectional view showing an example of a microfluidic device according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 pH를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치는 a) 캐소드 기판(101); b) 상기 캐소드 기판(101)에 대향하여 위치하고 상기 캐소드 기판(101)과 함께 반응 챔버를 형성하는 애노드 기판(103); 및 c) 상 기 캐소드 기판(101) 및 애노드 기판(103)의 경계를 구분하는 부도체(105)를 포함하고, 상기 캐소드 기판(101) 및 애노드 기판(103) 중 적어도 하나는 불순물로 도핑된 반도체이고 나머지는 금속 전극인 것을 특징으로 한다.2, the microfluidic device for electrochemically adjusting the pH according to the present invention comprises: a) a cathode substrate 101; b) an anode substrate (103) positioned opposite the cathode substrate (101) and forming a reaction chamber together with the cathode substrate (101); And c) a nonconductor 105 that separates the boundary between the cathode substrate 101 and the anode substrate 103, wherein at least one of the cathode substrate 101 and the anode substrate 103 is a semiconductor doped with an impurity. And the rest are metal electrodes.

상기 캐소드 기판(101) 및 애노드 기판(103)은 외부의 전원 공급 장치(109)에 전기적으로 연결된다.The cathode substrate 101 and the anode substrate 103 are electrically connected to an external power supply 109.

다시 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 pH를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치의 불순물로 도핑된 반도체로 이루어진 캐소드 기판(101) 또는 애노드 기판(103)은 그 자체가 전극의 역할을 수행할 수 있으므로 별도의 전극을 필요로 하지 않고, 그에 의해 챔버 내부의 전극 및 외부의 전원 공급 장치 사이의 전기적 연결을 필요로 하지 않는다는 장점을 갖는다. 따라서, 상기와 같은 구성에 의해 미세유동장치의 소형화, 제작 공정의 단순화, 챔버의 누수 문제의 해결 및 제작 비용을 감소시킬 수 있다.Referring back to FIG. 2, the cathode substrate 101 or the anode substrate 103 made of a semiconductor doped with impurities of a microfluidic device for electrochemically adjusting pH according to the present invention itself serves as an electrode. As a result, it does not require a separate electrode, thereby having the advantage of not requiring an electrical connection between the electrode inside the chamber and the external power supply. Therefore, the configuration as described above can reduce the size of the microfluidic device, simplify the manufacturing process, solve the leakage problem of the chamber, and reduce the manufacturing cost.

상기 불순물로 도핑된 반도체로 이루어진 캐소드 기판(101) 또는 애노드 기판(103)은 불순물로 도핑된 주기율표의 14족 원소일 수 있고, 상기 불순물은 주기율표의 13족 원소 또는 15족 원소일 수 있다. 특히, 상기 불순물로 도핑된 반도체로 이루어진 캐소드 기판(101) 또는 애노드 기판(103)은 n형 실리콘 또는 p형 실리콘일 수 있다.The cathode substrate 101 or the anode substrate 103 made of the semiconductor doped with the impurity may be a group 14 element of the periodic table doped with an impurity, and the impurity may be a group 13 element or a group 15 element of the periodic table. In particular, the cathode substrate 101 or the anode substrate 103 made of the semiconductor doped with the impurity may be n-type silicon or p-type silicon.

도 3은 본 발명에 따른 미세유동장치의 다른 예를 도시한 측면 단면도이다.3 is a side cross-sectional view showing another example of a microfluidic device according to the present invention.

도 3을 참조하면, 도 3의 미세유동장치는 도 2의 미세유동장치와 애노드 기판(103)의 구성이 상이하고, 그에 따라 외부 전원 공급 장치(109)와의 전기적 연결 형태가 상이하다. 즉, 상기 애노드 기판(103)은 그의 챔버 내측에 백금, 금, 구리, 알루미늄, 팔라듐 및 티타늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 애노드(111)를 포함하는 부도체일 수 있다. 상기 애노드로서 구리 전극을 사용하는 경우 애노드 챔버에 NaCl 등의 염소 이온이 포함된 경우에 CuCl2를 형성함으로써 독가스인 염소 기체의 발생을 줄일 수 있다.Referring to FIG. 3, the microfluidic device of FIG. 3 has a different configuration from that of the microfluidic device of FIG. 2 and the anode substrate 103, and accordingly, an electrical connection form with the external power supply device 109 is different. That is, the anode substrate 103 may be an insulator including an anode 111 selected from the group consisting of platinum, gold, copper, aluminum, palladium, and titanium inside the chamber. When the copper electrode is used as the anode, the formation of CuCl 2 when the chlorine ion such as NaCl is included in the anode chamber can reduce generation of chlorine gas which is a poison gas.

도 3과는 반대로, 애노드 기판은 불순물로 도핑된 반도체로 이루어지고, 캐소드 기판은 그의 챔버 내측에 백금, 금, 구리, 알루미늄, 팔라듐 및 티타늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 캐소드를 포함하는 부도체일 수 있다(미도시). 상기 캐소드로서 팔라듐 전극을 사용하는 경우, 캐소드 챔버에서 발생한 수소 기체를 흡수하므로 가스 제거 과정이 불필요하다.In contrast to FIG. 3, the anode substrate is made of a semiconductor doped with impurities, and the cathode substrate may be an insulator including a cathode selected from the group consisting of platinum, gold, copper, aluminum, palladium and titanium inside its chamber. (Not shown). When the palladium electrode is used as the cathode, the gas removal process is unnecessary because it absorbs hydrogen gas generated in the cathode chamber.

도 4는 본 발명에 따른 미세유동장치의 또 다른 예를 도시한 측면 단면도이다. Figure 4 is a side cross-sectional view showing another example of a microfluidic device according to the present invention.

도 4를 참조하면, 도 4의 미세유동장치는 그의 반응 챔버가 이온 교환막(113)을 포함하고, 그에 의해 상기 반응 챔버는 캐소드 챔버 및 애노드 챔버로 구분되는 점에서 도 2의 미세유동장치와 상이하다.Referring to FIG. 4, the microfluidic device of FIG. 4 differs from the microfluidic device of FIG. 2 in that its reaction chamber includes an ion exchange membrane 113, whereby the reaction chamber is divided into a cathode chamber and an anode chamber. Do.

본 발명의 장치에 있어서, 상기 반응 챔버, 애노드 챔버 및 캐소드 챔버는 유체와 같은 물질을 수용할 수 있는 공간을 말하는 것으로 바람직하게는, 마이크로 단위의 부피 이하의 물질을 수용할 수 있는 마이크로챔버이나 여기에 한정되는 것은 아니다. 상기 챔버는 세포 농축 챔버, 세포 용해 챔버, 핵산 분리/정제 챔버, 핵산 증폭 챔버, 혼성화 챔버 및 신호 검출 챔버로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나 이상 일 수 있다. 상기 챔버는 마이크로채널을 통하여 다양한 다른 챔버와 연결되어 있을 수 있다. 따라서, 본 발명의 미세유동장치는 유체의 pH를 전기화학적으로 조절할 수 있는 랩온어칩의 형태일 수 있다.In the device of the present invention, the reaction chamber, the anode chamber and the cathode chamber refer to a space capable of accommodating a material such as a fluid. It is not limited to. The chamber may be any one or more selected from the group consisting of a cell concentration chamber, a cell lysis chamber, a nucleic acid separation / purification chamber, a nucleic acid amplification chamber, a hybridization chamber, and a signal detection chamber. The chamber may be connected to various other chambers through microchannels. Therefore, the microfluidic device of the present invention may be in the form of a lab-on-a-chip capable of electrochemically adjusting the pH of the fluid.

상기 챔버가 특히 세포 용해 챔버인 경우, 본 발명에 따른 미세유동장치는 a) 불순물로 도핑된 반도체인 캐소드 기판; b) 상기 캐소드 기판에 대향하여 위치하고 상기 캐소드 기판과 함께 반응 챔버를 형성하며 불순물로 도핑된 반도체 또는 금속 전극인 애노드 기판; 및 c) 상기 캐소드 기판 및 애노드 기판의 경계를 구분하는 부도체를 포함하고, 상기 캐소드 기판의 챔버 내측에 생분자 물질을 흡착할 수 있는 미세 구조가 형성되어 있는 것일 수 있다. When the chamber is in particular a cell lysis chamber, the microfluidic device according to the invention comprises: a) a cathode substrate which is a semiconductor doped with impurities; b) an anode substrate positioned opposite the cathode substrate and forming a reaction chamber together with the cathode substrate and being a semiconductor or metal electrode doped with impurities; And c) an insulator separating a boundary between the cathode substrate and the anode substrate, and a microstructure capable of adsorbing the biomolecule material inside the chamber of the cathode substrate may be formed.

본 발명에 있어서, 상기 이온 교환성 물질은 전류를 통과시키나 각 챔버에서 전기 분해에 의하여 발생한 이온 및/또는 가스를 통과시키지 않는 특성을 갖는다. 바람직하게, 상기 이온 교환성 물질은 전류는 통과시키나 수소 이온 및 하이드록사이드 이온 및/또는 기체는 통과시키지 않는 특성을 갖는다.In the present invention, the ion-exchangeable material has the property of passing current but not passing ions and / or gases generated by electrolysis in each chamber. Preferably, the ion exchanger has the property of passing a current but not of hydrogen and hydroxide ions and / or gases.

상기 이온 교환성 물질은 양이온 교환막 또는 음이온 교환막일 수 있다.The ion exchange material may be a cation exchange membrane or an anion exchange membrane.

본 발명에 있어서, 상기 금속 이온 교환막은 알칼리 금속 이온 교환막일 수 있다. 상기 양이온 교환막은 양이온은 통과시키지만 음이온 통과에는 100%에 가까운 저항을 나타내는 막이고, 반대로 음이온 교환막은 음이온은 통과시키지만 양이온 통과에는 100%에 가까운 저항을 나타내는 막이다. 예컨대, 상기 양이온 교환막 은 강산 교환막(strong acid exchange membrane; -SO3- 포함; Nafion 사) 또는 약산 교환막(weak acid exchange membrane; -COO- 포함)일 수 있고, 상기 음이온 교환막은 강염기 교환막(strong base; N+(CH3) 포함) 또는 약염기 교환막(weak base; N(CH3)2 포함)일 수 있다. 상기 양이온 교환막 및 음이온 교환막은 당업계에 잘 알려져 있으며, 당업자가 용이하게 이를 구입하여 사용할 수 있을 것이다. 예컨대, 상기 이온 교환막은 NafionTM (Dupont 사), DowexTM(Aldrich), 및 DiaionTM(Aldrich) 등으로 시판되고 있다.In the present invention, the metal ion exchange membrane may be an alkali metal ion exchange membrane. The cation exchange membrane is a membrane that passes through cations but exhibits a resistance close to 100%. The anion exchange membrane is a membrane that exhibits resistance close to 100% through a cation but passes through anions. For example, the cation exchange membrane may be a strong acid exchange membrane (containing -SO 3- ; Nafion) or a weak acid exchange membrane (containing -COO-), and the anion exchange membrane is a strong base exchange membrane (strong base) N + (CH 3 )) or a weak base (including N (CH 3 ) 2 ). The cation exchange membrane and the anion exchange membrane are well known in the art, and those skilled in the art will be readily able to purchase and use them. For example, the ion exchange membrane is commercially available from Nafion (Dupont), Dowex (Aldrich), Diaion (Aldrich) and the like.

본 발명의 일 구체예에서, 본 발명의 미세유동장치는 상기 반응 챔버 또는 애노드 챔버에 물보다 표준산화전위가 낮은 이온 또는 높은 이온을 포함하는 용액, 즉 전기분해되는 전해질이 유입될 수 있다. 상기 물보다 표준산화전위가 낮은 이온은 NO3 -, F-, SO4 2 -, PO4 3 - 및 CO3 2 - 등의 음이온이 포함된 하나 이상의 이온일 수 있고, 상기 물보다 표준산화전위가 높은 이온은 Cl- 이온이 포함된 전해질일 수 있으나, 이들 예에 한정되는 것은 아니다. 반응 챔버 또는 애노드 챔버 용액이 물보다 표준산화전위가 낮은 화합물인 경우, 본 발명의 일 구체예에 따른 미세유동장치를 이용하여 전기분해를 수행하는 경우, 상기 반응 챔버 또는 애노드 챔버의 애노드 전극에서는 물이 전기분해되어 산소 기체와 H+ 이온이 발생한다. 이 경우 상기 반 응 챔버의 애노드 전극 부근 또는 애노드 챔버 용액은 상기 H+ 이온에 의해 pH가 낮아지게 된다. 물보다 표준산화전위가 높은 Cl- 이온은 세포의 용해만을 목적으로 하는 경우 특별히 사용될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the microfluidic device of the present invention may be introduced into the reaction chamber or the anode chamber a solution containing ions or high ions having a lower standard oxidation potential than water, that is, an electrolyte that is electrolyzed. The ion having a lower standard oxidation potential than the water may be one or more ions including anion such as NO 3 , F , SO 4 2 , PO 4 3 −, and CO 3 2 , and may have a standard oxidation potential higher than that of water. High ions may be an electrolyte containing Cl ions, but are not limited to these examples. When the reaction chamber or the anode chamber solution is a compound having a lower standard oxidation potential than water, when electrolysis is performed using a microfluidic device according to an embodiment of the present invention, water is reacted at the anode electrode of the reaction chamber or the anode chamber. This electrolysis produces oxygen gas and H + ions. In this case, the pH of the anode chamber or the anode chamber solution of the reaction chamber is lowered by the H + ions. Cl ions, which have a higher standard oxidation potential than water, may be used specifically for the purpose of cell lysis only.

또한, 본 발명의 또다른 일 구체예에서, 본 발명의 미세유동장치는 상기 반응 챔버 또는 캐소드 챔버에 물보다 표준환원전위가 낮은 이온을 포함하는 용액이 유입될 수 있다. 상기 이온의 예는 Na+, K+, Ca2 +, Mg2 +, 및 Al3 + 등의 양이온일 수 있으나, 이들 예에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 상기 일 구체예에 따른 미세유동장치를 이용하여 전기분해를 수행하는 경우, 상기 반응 챔버 또는 캐소드 챔버의 캐소드 전극에서는 물이 전기분해되어 수소 기체와 OH- 이온이 발생한다. 이 경우 상기 반응 챔버의 애노드 전극 부근 또는 캐소드 챔버 용액은 상기 OH- 이온에 의해 pH가 높아지게 된다.In addition, in another embodiment of the present invention, the microfluidic device of the present invention may be introduced into the reaction chamber or the cathode chamber containing a solution containing ions having a lower standard reduction potential than water. Examples of such ions may be a Na +, K +, Ca 2 +, Mg 2 +, and Al 3 + cations such as, but is not limited to these examples. Therefore, when electrolysis is performed using the microfluidic device according to the embodiment of the present invention, water is electrolyzed at the cathode of the reaction chamber or the cathode chamber to generate hydrogen gas and OH ions. In this case, the pH near the anode electrode or the cathode chamber solution of the reaction chamber is increased by the OH ions.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 pH를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치는 캐소드 기판(101) 또는 애노드 기판(103)의 챔버 내측에 생분자 물질을 흡착할 수 있는 미세 구조(107)가 형성되어 있을 수 있다. 2 to 4, the microfluidic device for electrochemically adjusting pH according to the present invention has a microstructure capable of adsorbing biomolecule material inside the chamber of the cathode substrate 101 or the anode substrate 103. 107 may be formed.

상기 생분자 물질은 DNA, RNA, 펩타이드, 단백질, 박테리아 및 바이러스로 구성된 군에서 선택되는 것일 수 있다. The biomolecule material may be selected from the group consisting of DNA, RNA, peptides, proteins, bacteria and viruses.

상기 생분자 물질을 흡착할 수 있는 미세 구조(107)는 다공성 구조, 필라(pillar) 구조, 및 체(sieve) 구조로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.The microstructure 107 capable of adsorbing the biomolecule material may be selected from the group consisting of a porous structure, a pillar structure, and a sieve structure.

도 5는 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 기판의 챔버 내측에 형성되어 있는 미세 구조의 일 예를 확대한 측면 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 기판의 챔버 내측에 형성되어 있는 미세 구조의 다른 예를 확대한 상면도이다.5 is an enlarged side cross-sectional view showing an example of a microstructure formed inside the chamber of the cathode substrate of the microfluidic device according to the present invention, and FIG. 6 is formed inside the chamber of the cathode substrate of the microfluidic device according to the present invention. It is the top view which expanded the other example of the fine structure.

도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 생분자 물질을 흡착할 수 있는 미세 구조(107)는 필라 구조(115,115')임을 알 수 있다.5 and 6, it can be seen that the microstructures 107 that can adsorb the biomolecule material are pillar structures 115 and 115 ′.

상기 생분자 물질을 흡착할 수 있는 미세 구조(107)를 포함하는 본 발명에 따른 미세유동장치는 챔버 내의 pH 조절 기능 및 생분자 물질의 농축 기능을 통합할 수 있다는 장점을 갖는다.The microfluidic device according to the present invention including the microstructure 107 capable of adsorbing the biomolecule material has the advantage of integrating the pH control function and the concentration function of the biomolecule material in the chamber.

또한, 상기 생분자 물질을 흡착할 수 있는 미세 구조(107)는 통상적인 반도체 제조 공정을 이용하여 상기 캐소드 기판(101)의 챔버 내측에 용이하게 형성될 수 있다는 장점을 갖는다.In addition, the microstructure 107 that can adsorb the biomolecule material has an advantage that it can be easily formed inside the chamber of the cathode substrate 101 using a conventional semiconductor manufacturing process.

본 발명에 있어서, 상기 캐소드 기판 또는 애노드 기판은 가스 배출구를 추가로 포함할 수 있다. 상기 가스 배출구를 통해 예컨대, 산소 기체 또는 수소 기체가 챔버 밖으로 배출될 수 있다.In the present invention, the cathode substrate or the anode substrate may further include a gas outlet. For example, oxygen gas or hydrogen gas may be discharged out of the chamber through the gas outlet.

본 발명에 있어서, 상기 애노드 챔버 및 캐소드 챔버는 각각 용액이 유입 및 유출되는 유입구 및 유출구를 추가로 포함할 수 있다. 상기 유입구와 유출구는 반드시 별개로 구비될 필요는 없고 하나의 포트가 유입구 및 유출구의 역할을 할 수도 있다. 또한, 상기 가스 배출구를 유입구 및/또는 유출구로서 활용할 수도 있을 것이다.In the present invention, the anode chamber and the cathode chamber may further include inlets and outlets through which the solution enters and exits, respectively. The inlet and outlet do not necessarily have to be provided separately and one port may serve as an inlet and an outlet. The gas outlet may also be utilized as an inlet and / or outlet.

본 발명에 있어서, 상기 애노드 챔버 및 캐소드 챔버는 각각 용액을 유입 및 유출시키기 위한 펌프를 추가로 포함할 수 있다.In the present invention, the anode chamber and the cathode chamber may each further include a pump for introducing and discharging the solution.

본 발명의 다른 일면은 본 발명에 따른 미세유동장치를 이용하여 전기분해에 의하여 미세유동장치 내의 유체의 pH를 조절하는 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a method of controlling the pH of a fluid in a microfluidic device by electrolysis using the microfluidic device according to the present invention.

반응 챔버가 이온 교환막을 포함하지 않는 본 발명의 일 구체예(예컨대, 도 2 또는 도 3 참조)를 이용하여 전기 분해에 의하여 미세유동장치 내의 유체의 pH를 조절하는 방법은 a) 반응 챔버에 이온을 포함하는 물보다 표준산화전위가 낮은 이온 또는 높은 이온, 및 물보다 표준환원전위가 낮은 이온을 포함하는 용액을 유입시키는 단계; 및 b) 애노드 기판 및 캐소드 기판을 통하여 전압을 인가하여 상기 반응 챔버에서 전기분해를 일으켜 상기 반응 챔버에 유입된 용액의 pH를 조절하는 단계를 포함한다.A method of adjusting the pH of a fluid in a microfluidic device by electrolysis using an embodiment of the present invention wherein the reaction chamber does not include an ion exchange membrane (see, for example, FIG. 2 or FIG. 3) is a) ion in the reaction chamber. Introducing a solution containing ions having a lower standard oxidation potential or higher ions than water, and ions having a lower standard reduction potential than water; And b) applying a voltage through the anode substrate and the cathode substrate to cause electrolysis in the reaction chamber to adjust the pH of the solution introduced into the reaction chamber.

반응 챔버가 이온 교환막을 포함하는 본 발명의 일 구체예(예컨대, 도 4 참조)를 이용하여 전기 분해에 의하여 미세유동장치 내의 유체의 pH를 조절하는 방법은 a) 애노드 챔버에 물보다 표준산화전위가 낮은 이온 또는 높은 이온을 포함하는 용액을 유입시키는 단계; b) 캐소드 챔버에 물보다 표준환원전위가 낮은 이온을 포함하는 용액을 유입시키는 단계; 및 c) 애노드 기판 및 캐소드 기판을 통하여 전압을 인가하여 상기 애노드 챔버 및 캐소드 챔버에서 전기분해를 일으켜 상기 애노드 챔버 또는 캐소드 챔버에 유입된 용액의 pH를 조절하는 단계를 포함한다.A method of adjusting the pH of a fluid in a microfluidic device by electrolysis using an embodiment of the present invention wherein the reaction chamber comprises an ion exchange membrane (see, for example, FIG. 4) comprises: a) standard oxidation potential over water in the anode chamber; Introducing a solution containing low ions or high ions; b) introducing a solution containing ions having a lower standard reduction potential than water into the cathode chamber; And c) applying a voltage through the anode substrate and the cathode substrate to cause electrolysis in the anode chamber and the cathode chamber to adjust the pH of the solution introduced into the anode chamber or cathode chamber.

본 발명의 방법에 있어서, 상기 용액은 생분자 물질을 포함하고, 전압 인가 단계 이전에 상기 캐소드 기판의 챔버 내측에 형성되어 있는 생분자 물질을 흡착할 수 있는 미세 구조에 생분자 물질을 흡착하여 농축하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 본 단계를 수행하는 경우, 특히 반응 챔버가 이온 교환막을 포함하지 않는 경우에도 상기 흡착된 생분자 물질 주위 용액의 pH를 충분하게 조절할 수 있을 것이다.In the method of the present invention, the solution includes the biomolecule material, and the biomolecule material is adsorbed and concentrated in a microstructure capable of adsorbing the biomolecule material formed inside the chamber of the cathode substrate before the voltage application step. It may further comprise the step. In the case of carrying out this step, the pH of the solution around the adsorbed biomolecule material may be sufficiently adjusted, especially if the reaction chamber does not comprise an ion exchange membrane.

본 발명의 방법에 있어서, 상기 물보다 표준산화전위가 낮은 음이온, 물보다 표준산화전위가 높은 음이온 및 물보다 표준환원전위가 낮은 양이온의 예는 상술한 바와 같다.In the method of the present invention, examples of the anion having a standard oxidation potential lower than water, an anion having a standard oxidation potential higher than water, and a cation having a standard reduction potential lower than water are as described above.

상기 pH는 인가 전압의 방향, 인가 전압의 세기, 전압 인가 시간, 전극의 폭 또는 챔버간 간격에 의하여 조절될 수 있다. 정확한 인가 전압의 방향, 인가 전압의 세기, 전압 인가 시간, 전극의 면적 및 챔버간 간격은 희망하는 pH 또는 챔버의 부피 등에 따라 달라질 수 있고, 이는 당업자의 실험에 의해 용이하게 결정될 수 있을 것이다.The pH may be adjusted by the direction of the applied voltage, the intensity of the applied voltage, the voltage application time, the width of the electrode or the interval between chambers. The exact direction of the applied voltage, the intensity of the applied voltage, the voltage applied time, the area of the electrode and the inter-chamber spacing may vary depending on the desired pH or the volume of the chamber, etc., which can be easily determined by experimentation by those skilled in the art.

바이오 샘플 용액에 가장 많이 들어 있는 NaCl이 포함된 샘플 용액을 애노드와 캐소드에 유입 후 전기분해를 하면 애노드에서 물이 아닌 염소 이온이 전기분해 되어 염소가스가 발생하여 캐소드에서 발생한 하이드록사이드 이온보다 적은 양의 수소 이온이 발생하며 이 양은 염소가스와 물이 반응하여 발생한 것으로 염소가스의 용해조건에 따라 달라지게 되어 pH 조절이 어렵다. 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 반응 챔버, 또는 애노드 챔버 및 캐소드 챔버에서 물보다 표준산화전위가 낮은 화합물 및/또는 물보다 표준환원전위가 낮은 화합물을 사용한다. 하지만 세포의 용해만을 위한 경우에는 NaCl을 포함한 샘플용액을 반응챔버, 또는 애노드 챔버 및 캐소드 챔버에 유입 후 전기분해를 하여 캐소드에서 세포를 용해시킬 수 있다.When the sample solution containing NaCl, which is the most contained in the biosample solution, is introduced into the anode and cathode and then electrolyzed, chlorine ions, not water, are electrolyzed at the anode to generate chlorine gas, which is less than the hydroxide ions generated at the cathode. A large amount of hydrogen ions are generated and this amount is caused by the reaction between chlorine gas and water, and it is difficult to adjust pH because it depends on the dissolution condition of chlorine gas. In the present invention, in order to solve this problem, a compound having a lower standard oxidation potential than water and / or a compound having a lower standard reduction potential than water is used in the reaction chamber or the anode chamber and the cathode chamber. However, in case of lysis only, the sample solution containing NaCl may be introduced into the reaction chamber, the anode chamber and the cathode chamber, followed by electrolysis to dissolve the cells at the cathode.

본 발명의 방법에 있어서, 상기 캐소드에서는 물보다 표준환원전위가 낮은 화합물이 포함되어 있는 반응 챔버 또는 캐소드 챔버 용액이 포함되어 있기 때문에 물이 전기분해되어 수소 기체와 OH- 이온이 발생한다. 또한, 상기 애노드에서는 물보다 표준환원전위가 낮은 화합물이 포함되어 있는 반응 챔버 또는 애노드 챔버 용액이 포함되어 있기 때문에 물이 전기분해되어 산소 기체와 H+ 이온이 발생한다. 결과적으로 상기 캐소드 용액은 염기성 pH를 띠고 상기 애노드 용액은 산성 pH를 띤다.In the method of the present invention, since the cathode contains a reaction chamber or a cathode chamber solution containing a compound having a lower standard reduction potential than water, water is electrolyzed to generate hydrogen gas and OH ions. In addition, since the anode contains a reaction chamber or an anode chamber solution containing a compound having a lower standard reduction potential than water, water is electrolyzed to generate oxygen gas and H + ions. As a result, the cathode solution has a basic pH and the anode solution has an acidic pH.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, these examples are for illustrative purposes only and the scope of the present invention is not limited to these examples.

<실시예 1><Example 1>

본 발명에 따른 pH 조절용 미세유동장치의 제조Preparation of microfluidic device for pH adjustment according to the present invention

불순물로 도핑된 실리콘으로 이루어진 캐소드 기판; 상기 캐소드 기판에 대향하여 위치하고 상기 캐소드 기판과 함께 반응 챔버를 형성하는 불순물로 도핑된 실리콘으로 이루어진 애노드 기판; 및 상기 캐소드 기판 및 애노드 기판의 경계를 구분하는 부도체를 포함하고, 상기 반응 챔버는 이온 교환막을 포함하고, 그에 의해 상기 반응 챔버는 캐소드 챔버 및 애노드 챔버로 구분되고, 상기 캐소드 기판의 챔버 내측에 생분자 물질을 흡착할 수 있는 미세 필라 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치를 제조하였다.A cathode substrate made of silicon doped with an impurity; An anode substrate disposed opposite the cathode substrate and doped with impurities to form a reaction chamber with the cathode substrate; And an insulator separating a boundary between the cathode substrate and the anode substrate, wherein the reaction chamber includes an ion exchange membrane, whereby the reaction chamber is divided into a cathode chamber and an anode chamber, and is formed inside the chamber of the cathode substrate. A microfluidic device for electrochemically controlling the pH of a fluid, characterized in that a fine pillar structure capable of adsorbing molecular material is formed.

구체적으로, 상기 캐소드 챔버 및 애노드 챔버의 각 부피는 10㎕로 하였다. 또한, 이온 교환막으로서 -SO3-Na+ 기를 포함하는 양이온 교환막을 사용하였다. 또한, 캐소드 기판 및 애노드 기판으로서 각각 비소(As)로 도핑된 n형 실리콘(비저항 < 0.005 Ω㎝)을 사용하였다. 상기 캐소드 기판 및 애노드 기판의 챔버 내측은 각각 2 mm × 3 mm의 치수를 가졌다.Specifically, each volume of the cathode chamber and the anode chamber was 10 μl. In addition, a cation exchange membrane containing a -SO 3 -Na + group was used as the ion exchange membrane. As the cathode substrate and the anode substrate, n-type silicon doped with arsenic (As), respectively, (resistance <0.005 kcm) was used. The chamber interior of the cathode substrate and anode substrate had dimensions of 2 mm x 3 mm, respectively.

도 7는 본 실시예에서 제작한 본 발명에 따른 미세유동장치를 나타내는 사진이다.Figure 7 is a photograph showing a microfluidic device according to the present invention produced in this embodiment.

<실시예 2><Example 2>

본 발명에 따른 pH 조절용 미세유동장치의 제조Preparation of microfluidic device for pH adjustment according to the present invention

캐소드 기판 및 애노드 기판으로서 각각 붕소(B)로 도핑된 p형 실리콘(비저항 < 0.005 Ω㎝)을 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 미세유동장치를 제조하였다.The same microfluidic device as in Example 1 was prepared except that p-type silicon (resistance <0.005 kcm) doped with boron (B) was used as the cathode substrate and the anode substrate, respectively.

<실시예 3><Example 3>

본 발명에 따른 pH 조절용 미세유동장치의 제조Preparation of microfluidic device for pH adjustment according to the present invention

캐소드 기판으로서 붕소(B)로 도핑된 p형 실리콘(비저항 < 0.005 Ω㎝)을 사용하고, 애노드 기판으로서 비소(As)로 도핑된 n형 실리콘(비저항 < 0.005 Ω㎝)을 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 미세유동장치를 제조하였다.Except for using p-type silicon doped with boron (B) as the cathode substrate (resistance <0.005 kcm) and n-type silicon doped with arsenic (As) as the anode substrate (resistance <0.005 kcm) Manufactured the same microfluidic device as in Example 1.

<실시예 4><Example 4>

본 발명에 따른 pH 조절용 미세유동장치의 제조Preparation of microfluidic device for pH adjustment according to the present invention

캐소드 기판으로서 비소(As)로 도핑된 n형 실리콘(비저항 < 0.005 Ω㎝)을 사용하고, 애노드 기판으로서 붕소(B)로 도핑된 p형 실리콘(비저항 < 0.005 Ω㎝)을 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 미세유동장치를 제조하였다.Except for using n-type silicon doped with arsenic (resistance <0.005 kcm) as the cathode substrate and p-type silicon doped with boron (B) (resistance <0.005 kcm) as the anode substrate Manufactured the same microfluidic device as in Example 1.

<실시예 5><Example 5>

본 발명에 따른 pH 조절용 미세유동장치의 제조Preparation of microfluidic device for pH adjustment according to the present invention

캐소드 기판으로서 비소(As)로 도핑된 n형 실리콘(비저항 < 0.005 Ω㎝)을 사용하고, 애노드 기판으로서 챔버 내측에 2 mm × 3 mm의 백금(Pt)을 포함하는 부도체를 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 미세유동장치를 제조하였다.Except for using an n-type silicon doped with arsenic (As) as a cathode substrate (resistance <0.005 kcm) and an insulator containing 2 mm x 3 mm of platinum (Pt) inside the chamber as an anode substrate. Manufactured the same microfluidic device as in Example 1.

<실시예 6><Example 6>

본 발명에 따른 pH 조절용 미세유동장치의 제조Preparation of microfluidic device for pH adjustment according to the present invention

캐소드 기판으로서 붕소(B)로 도핑된 p형 실리콘(비저항 < 0.005 Ω㎝)을 사용하고, 애노드 기판으로서 챔버 내측에 2 mm × 3 mm의 백금(Pt)을 포함하는 부도체를 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 미세유동장치를 제조하였다.Except for using p-type silicon doped with boron (B) (cathode resistivity <0.005 kcm) as the cathode substrate and an insulator containing 2 mm x 3 mm of platinum (Pt) inside the chamber as the anode substrate. Manufactured the same microfluidic device as in Example 1.

<실험예 1>Experimental Example 1

본 발명에 따른 미세유동장치의 인가 전압에 대한 전류 세기 측정Current intensity measurement of applied voltage of the microfluidic device according to the present invention

실시예 1, 2, 5 및 6에서 제조한 본 발명에 따른 미세유동장치를 이용하여 일정한 인가 전압에 대한 전류 세기를 측정하였다. 전류 세기는 pH 변화와 비례 관계에 있다.Using the microfluidic device according to the present invention prepared in Examples 1, 2, 5 and 6 was measured the current intensity for a constant applied voltage. The current strength is proportional to the pH change.

즉, 실시예 1, 2, 5 및 6에서 제조한 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 챔버와 애노드 챔버를 55 mM Na2SO4 수용액으로 각각 채우고, 실온에서 각각 5 V, 7 V, 9 V 및 12 V의 직류 전압을 인가하여 양 전극 사이의 전류를 측정하였다.That is, the cathode chamber and the anode chamber of the microfluidic device according to the present invention prepared in Examples 1, 2, 5 and 6 were respectively filled with 55 mM Na 2 SO 4 aqueous solution, and 5 V, 7 V, and 9 V, respectively, at room temperature. And a DC voltage of 12 V was applied to measure the current between both electrodes.

도 8은 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 및 애노드 전극의 종류에 따른 전류량을 각 전압에 대하여 측정한 그래프이다. 도 8에 있어서, 각 A는 대조구의 미세유동장치 (애노드(Pt)/캐소드(Pt)), B는 실시예 1의 미세유동장치(애노드(n형 Si)/캐소드(n형 Si)), C는 실시예 5의 미세유동장치 (애노드(p형 Si)/캐소드(p형 Si)), D는 실시예 2의 미세유동장치 (애노드(Pt)/캐소드(n형 Si)), E는 실시예 6의 미세유동장치 (애노드(Pt)/캐소드(p형 Si))의 결과 값이다.8 is a graph measuring the amount of current according to the type of cathode and anode of the microfluidic device according to the present invention for each voltage. In Fig. 8, each A is a control microfluidic device (anode (Pt) / cathode (Pt)), B is a microfluidic device of Example 1 (anode (n-type Si) / cathode (n-type Si)), C is the microfluidic device of Example 5 (anode (p-type Si) / cathode (p-type Si)), D is the microfluidic device of Example 2 (anode (Pt) / cathode (n-type Si)), and E is The result of the microfluidic device of Example 6 (anode (Pt) / cathode (p-type Si)).

전류 세기는 전류 측정 장치(Agilent E3620A Dual output DC power supply)를 이용하여 수행하였다. 상기 장치는 1 mA 단위로 측정되는 장치이기 때문에, 그 이하의 값의 전류는 모두 0 mA으로 표시되었다.The current intensity was performed using a current measuring device (Agilent E3620A Dual output DC power supply). Since the device is a device measured in 1 mA units, currents with values below that are all expressed as 0 mA.

도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 7 V 이상의 전압을 인가하는 경우 실시예 5 및 실시예 6의 미세유동장치의 전극 사이에 전류가 흐르고, 9 V 이상의 전압을 인가하는 경우 실시예 1 및 실시예 2의 미세유동장치의 전극 사이에 전류가 흘렀다.As can be seen in FIG. 8, when a voltage of 7 V or more is applied, a current flows between the electrodes of the microfluidic devices of Examples 5 and 6, and when a voltage of 9 V or more is applied, Example 1 and Example An electric current flowed between the electrodes of the microfluidic device of 2.

따라서, 상기와 같은 미소한 차이는 있었지만, 실시예 1, 2, 5 및 6에서 제조한 모든 미세유동장치가 충분한 전류 세기를 나타내어, 전기분해를 통한 pH 조절에 효과적으로 사용될 수 있음을 알 수 있었다.Therefore, although there was a slight difference as described above, it can be seen that all the microfluidic devices prepared in Examples 1, 2, 5, and 6 exhibit sufficient current strength, and thus can be effectively used for pH control through electrolysis.

<실험예 2>Experimental Example 2

본 발명에 따른 미세유동장치의 pH 변화 측정PH change measurement of the microfluidic device according to the present invention

실시예 1, 2, 5 및 6에서 제조한 본 발명에 따른 미세유동장치를 이용하여 챔버의 pH 변화를 측정하였다.The pH change of the chamber was measured using the microfluidic device according to the present invention prepared in Examples 1, 2, 5 and 6.

즉, 실시예 1, 2, 5 및 6에서 제조한 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 챔버와 애노드 챔버를 55 mM Na2SO4 수용액으로 각각 채우고, 실온에서 40초 동안 각각 5 V, 7 V, 9 V 및 12 V의 직류 전압을 인가하여 캐소드 챔버 및 애노드 챔버의 pH를 측정하였다. 초기값은 pH 7이었다.That is, the cathode and anode chambers of the microfluidic devices according to the present invention prepared in Examples 1, 2, 5 and 6 were respectively filled with 55 mM Na 2 SO 4 aqueous solution, and 5 V and 7 V, respectively, at room temperature for 40 seconds. DC voltages of 9 V and 12 V were applied to measure the pH of the cathode and anode chambers. The initial value was pH 7.

그 결과를 도 9A 및 9B에 나타내었다. 도 9A는 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 챔버의 전압 인가 후의 pH를 측정한 결과를 도시한 그래프이고, 도 9B는 본 발명에 따른 미세유동장치의 애노드 챔버의 전압 인가 후의 pH를 측정한 결과를 도시한 그래프이다. 도 9A 및 11B에 있어서, A, B, C, D 및 E는 각각 도 8에서와 같다.The results are shown in FIGS. 9A and 9B. 9A is a graph illustrating a result of measuring pH after voltage application of a cathode chamber of a microfluidic device according to the present invention, and FIG. 9B is a result of measuring pH after voltage application of an anode chamber of a microfluidic device according to the present invention. Is a graph. 9A and 11B, A, B, C, D and E are the same as in FIG.

도 9A를 참조하면, 5 내지 12 V의 전압 인가에 의해 캐소드 챔버의 pH는 7.0에서 8.0 내지 14.0으로 급격히 상승했고, 특히 7 V 이상의 전압 인간에 의해서는 세포 용해에 필요한 pH 12 이상을 확보할 수 있었다. 도 9B를 참조하면, 5 V 내지 12 V의 전압 인가에 의해 애노드 챔버의 pH는 7.0에서 약 1.0 내지 5.5로 급격히 하강했다. 실시예 1의 미세유동장치(애노드(n형 Si)/캐소드(n형 Si))에 대한 결과인 B의 그래프는 캐소드 챔버에서와는 달리 애노드 챔버에서는 pH 변화가 거의 일 어나지 않고, 기포 발생도 거의 보이지 않았다.9A, the pH of the cathode chamber was rapidly increased from 7.0 to 8.0 to 14.0 by the application of a voltage of 5 to 12 V. In particular, a voltage of more than 12 V required for cell lysis can be ensured by humans having a voltage of 7 V or higher. there was. Referring to FIG. 9B, the pH of the anode chamber dropped sharply from 7.0 to about 1.0 to 5.5 by applying a voltage of 5 V to 12 V. The graph of B, which is the result of the microfluidic device of Example 1 (anode (n-type Si) / cathode (n-type Si)), shows that in the anode chamber, unlike in the cathode chamber, there is almost no pH change and almost no bubbles are generated. I didn't see it.

상기 결과로부터, 실시예 1, 2, 5 및 6에서 제조한 모든 미세유동장치, 특히 실시예 5 및 6의 미세유동장치가 챔버 내 용액의 pH를 매우 효과적으로 조절할 수 있음을 알 수 있다.From the above results, it can be seen that all the microfluidic devices prepared in Examples 1, 2, 5 and 6, in particular the microfluidic devices of Examples 5 and 6, can very effectively adjust the pH of the solution in the chamber.

<실험예 3>Experimental Example 3

본 발명에 따른 미세유동장치에서의 DNA 안정성 실험DNA stability test in microfluidic device according to the present invention

실시예에서 제조한 미세유동장치의 캐소드에서의 DNA 안정성, 즉, DNA의 흡착 정도를 비교하였다.DNA stability at the cathode of the microfluidic device prepared in Example, ie, the degree of adsorption of DNA was compared.

먼저, 실시예 5 및 6의 미세유동장치의 캐소드 챔버 및 애노드 챔버를 각각 55 mM Na2SO4로 채우고, 캐소드 챔버에는 E. coli(BL21, Stratagen)의 배양물을 각각 5×104 copies/chamber의 양으로 첨가하였다. 다음으로, 실온에서 40초 동안 5 V의 직류 전압을 인가함으로써 전기분해를 수행하였다.First, the cathode chamber and the anode chamber of the microfluidic devices of Examples 5 and 6 were respectively filled with 55 mM Na 2 SO 4 , and the culture of E. coli (BL21, Stratagen) was respectively filled with 5 × 10 4 copies / It was added in the amount of chamber. Next, electrolysis was performed by applying a DC voltage of 5 V at room temperature for 40 seconds.

캐소드로서 백금을 이용한 경우 및 전기 분해를 실시하지 않은 DNA를 사용한 경우를 대조구로서 비교하였다.The use of platinum as a cathode and the use of DNA without electrolysis were compared as controls.

상기 과정에 의해 얻어진 용액을 주형으로 정량 PCR을 수행하여 세포가 용해되어 유출된 DNA가 캐소드에 흡착한 정도를 측정하였다. 프라이머로서 포워드 프라이머 및 리버스 프라이머를 사용하였다(FP: 5' YCCAKACTCCTACGGGAGGC 3' (서열번호 1), RP: 5' GTATTACCGCRRCTGCTGGCAC 3'(서열번호 2).Quantitative PCR was performed on the solution obtained by the above procedure as a template to measure the extent to which the cells were dissolved and adsorbed onto the cathode. Forward primers and reverse primers were used as primers (FP: 5 'YCCAKACTCCTACGGGAGGC 3' (SEQ ID NO: 1), RP: 5 'GTATTACCGCRRCTGCTGGCAC 3' (SEQ ID NO: 2)).

DNA의 양은 정량 PCR에 의하여 Cp(crossing point)를 구하였다. Cp가 작을 수록 초기 DNA양이 많은 것을 의미한다. The amount of DNA was determined by Cp (crossing point) by quantitative PCR. Smaller Cp means higher initial DNA amount.

도 10는 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 전극의 종류에 따른 캐소드에서의 DNA 안정성을 측정한 그래프이다.10 is a graph measuring the DNA stability in the cathode according to the type of cathode electrode of the microfluidic device according to the present invention.

도 10에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 미세유동장치의 Cp 값은 대조구들에 비해 별 차이가 없었다. 상기 결과로부터, 본 발명에 따른 미세유동장치를 이용하는 경우 DNA의 안정성이 양호함을 알 수 있다.As shown in Figure 10, the Cp value of the microfluidic device of the present invention was not significantly different compared to the control. From the above results, it can be seen that the stability of the DNA is good when using the microfluidic device according to the present invention.

<실험예 4>Experimental Example 4

본 발명에 따른 미세유동장치를 이용한 세포 용해 실험Cell lysis experiment using microfluidic device according to the present invention

실시예에서 제조한 미세유동장치를 이용하여 일련의 생물학적 분석 과정 중 하나인 세포 용해 실험을 수행하였다.Cell lysis experiments, one of a series of biological assays, were performed using the microfluidic device prepared in Example.

먼저, 실시예 1 내지 4의 미세유동장치의 캐소드 챔버 및 애노드 챔버를 각각 55 mM Na2SO4로 채우고, 캐소드 챔버에는 E. coli(BL21, Stratagen)의 배양물을 105 cells/chamber의 양으로 첨가하였다. 캐소드 및 애노드로서 각각 백금을 이용한 경우 및 전기분해를 실시하지 않은 경우를 대조구로서 비교하였다.First, the cathode chamber and the anode chamber of the microfluidic devices of Examples 1 to 4 were respectively filled with 55 mM Na 2 SO 4 , and the culture of E. coli (BL21, Stratagen) was added to the cathode chamber in an amount of 10 5 cells / chamber. Was added. The use of platinum as a cathode and an anode respectively and the case without electrolysis were compared as controls.

상기 실시예 1 내지 4의 미세유동장치에 대하여는 5 V의 직류 전압을, 상기 캐소드 및 애노드로서 각각 백금을 이용한 미세유동장치에 대하여는 각각 5 V 및 9 V의 직류 전압을 실온에서 40초 동안 인가함으로써 전기분해를 수행하였다.By applying a DC voltage of 5 V to the microfluidic devices of Examples 1 to 4, and a DC voltage of 5 V and 9 V to the microfluidic device using platinum as the cathode and anode, respectively, for 40 seconds at room temperature. Electrolysis was performed.

상기 과정에 의해 얻어진 용액을 주형으로 정량 PCR을 수행하여 세포가 용해되어 유출된 DNA가 캐소드에 흡착한 정도를 측정하였다. 프라이머로서 포워드 프라이머 및 리버스 프라이머를 사용하였다(FP: 5' YCCAKACTCCTACGGGAGGC 3'(서열번호 1), RP: 5' GTATTACCGCRRCTGCTGGCAC 3'(서열번호 2).Quantitative PCR was performed on the solution obtained by the above procedure as a template to measure the extent to which the cells were dissolved and adsorbed onto the cathode. Forward primers and reverse primers were used as primers (FP: 5 'YCCAKACTCCTACGGGAGGC 3' (SEQ ID NO: 1), RP: 5 'GTATTACCGCRRCTGCTGGCAC 3' (SEQ ID NO: 2)).

DNA의 양은 정량 PCR에 의하여 Cp(crossing point)를 구하였다. Cp(신호가 올라가는 cycle을 의미)가 작을수록 초기 DNA 양이 많은 것을 의미한다. 이는 초기 양이 많아야만, 검출기에 의한 감지가 빨라지기 때문이다. 도 11은 본 발명에 따른 미세유동장치의 캐소드 및 애노드 전극의 종류에 따른 캐소드 챔버에서의 세포 용해도를 측정한 그래프이다.The amount of DNA was determined by Cp (crossing point) by quantitative PCR. Smaller Cp (meaning the cycle in which the signal goes up) means more initial DNA. This is because the detection by the detector is quicker only when the initial amount is large. 11 is a graph measuring cell solubility in a cathode chamber according to the type of cathode and anode electrode of the microfluidic device according to the present invention.

도 11에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 미세유동장치의 Cp 값은 대조구들과 거의 유사하였다. 상기 결과로부터, 본 발명에 따른 미세유동장치를 이용하는 경우 챔버의 pH 조절을 효과적으로 수행할 수 있고, 그에 의해 상이한 pH를 필요로 하는 일련의 생물학적 분석과정, 예컨대 세포 용해를 효과적으로 수행할 수 있음을 알 수 있다.As shown in Figure 11, the Cp value of the microfluidic device of the present invention was almost similar to the control. From the above results, it can be seen that when the microfluidic device according to the present invention is used, pH adjustment of the chamber can be effectively performed, whereby a series of biological analytical processes requiring different pH, such as cell lysis, can be effectively performed. Can be.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

본 발명의 미세유동장치는 별도의 전극을 필요로 하지 않고, 그에 의해 전극과 외부 사이의 전기적 연결을 필요로 하지 않으므로 미세유동장치의 소형화, 제작 공정의 단순화, 챔버의 누수 문제의 해결 및 제작 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 미세유동장치는 캐소드 기판의 챔버 내측에 생분자 물질을 흡착할 수 있는 미세 구조를 포함하여 다양한 생물학적 분석과정들을 통합할 수 있고, 반도체 제조 공정을 이용하여 용이하게 제작될 수 있다. 본 발명의 방법에 의하면, 미세유동장치 내의 유체의 pH를 신속하고 용이하게 조절할 수 있고/있거나 생분자 물질을 효율적으로 농축시킬 수 있다.The microfluidic device of the present invention does not require a separate electrode, and thus does not require an electrical connection between the electrode and the outside, thereby miniaturizing the microfluidic device, simplifying the manufacturing process, solving a leak of the chamber, and manufacturing cost. Can be reduced. In addition, the microfluidic device of the present invention can integrate various biological analysis processes including a microstructure capable of adsorbing biomolecule material inside the chamber of the cathode substrate, and can be easily manufactured using a semiconductor manufacturing process. . According to the method of the present invention, it is possible to quickly and easily adjust the pH of the fluid in the microfluidic device and / or to efficiently concentrate the biomolecule material.

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Claims (23)

a) 캐소드 기판; a) a cathode substrate; b) 상기 캐소드 기판에 대향하여 위치하고 상기 캐소드 기판과 함께 반응 챔버를 형성하는 애노드 기판; 및b) an anode substrate positioned opposite said cathode substrate and forming a reaction chamber with said cathode substrate; And c) 상기 캐소드 기판 및 애노드 기판의 경계를 구분하는 부도체를 포함하고, c) an insulator separating the boundary of the cathode substrate and the anode substrate, 상기 캐소드 기판 및 애노드 기판 중 하나 이상은 반도체이고 나머지는 금속 전극인 것을 특징으로 하는 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하기 위한 미세유동장치.At least one of the cathode substrate and the anode substrate is a semiconductor and the remaining metal electrodes are microfluidic devices for electrochemically controlling the pH of a fluid. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 반도체인 것을 특징으로 하는 상기 캐소드 기판 또는 애노드 기판의 챔버 내측에 생분자를 흡착할 수 있는 흡착부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.A microfluidic device, wherein an adsorption portion capable of adsorbing biomolecules is formed inside a chamber of the cathode substrate or the anode substrate, which is a semiconductor. a) 반도체로 형성되는 캐소드 기판; a) a cathode substrate formed of a semiconductor; b) 상기 캐소드 기판에 대향하여 위치하고 상기 캐소드 기판과 함께 반응 챔버를 형성하며 반도체 또는 금속 전극인 애노드 기판; 및b) an anode substrate positioned opposite said cathode substrate and forming a reaction chamber together with said cathode substrate and being a semiconductor or metal electrode; And c) 상기 캐소드 기판 및 애노드 기판의 경계를 구분하는 부도체를 포함하고, c) an insulator separating the boundary of the cathode substrate and the anode substrate, 상기 캐소드 기판의 챔버 내측에 생분자를 흡착할 수 있는 흡착부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 세포 용해용 미세유동장치. Cell lysis microfluidic device is characterized in that the adsorption portion for adsorbing biomolecules is formed inside the chamber of the cathode substrate. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, The method of claim 2 or 3, 상기 생분자는 DNA, RNA, 펩타이드, 단백질, 박테리아 및 바이러스로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.The biomolecule is a microfluidic device, characterized in that selected from the group consisting of DNA, RNA, peptides, proteins, bacteria and viruses. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,The method of claim 2 or 3, 상기 흡착부는 필라(pillar) 구조, 체(sieve) 구조, 및 다공성 구조로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.The adsorption unit is a microfluidic device, characterized in that selected from the group consisting of a pillar structure, a sieve structure, and a porous structure. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,The method according to claim 1 or 3, 상기 반도체는 n형 실리콘 또는 p형 실리콘인 것을 특징으로 하는 미세유동장치.And the semiconductor is n-type silicon or p-type silicon. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,The method according to claim 1 or 3, 상기 금속 전극은 백금, 금, 구리, 알루미늄, 팔라듐 및 티타늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.The metal electrode is selected from the group consisting of platinum, gold, copper, aluminum, palladium and titanium. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,The method according to claim 1 or 3, 상기 캐소드 기판 또는 애노드 기판은 가스 배출구를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.The cathode substrate or the anode substrate further comprises a gas outlet. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,The method according to claim 1 or 3, 상기 캐소드 기판 또는 애노드 기판은 각각 용액이 유입 및 유출되는 유입구 및 유출구를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.The cathode substrate or the anode substrate each further comprises a microfluidic device further comprises an inlet and an outlet through which the solution is introduced and exited. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,The method according to claim 1 or 3, 상기 애노드 기판 및 캐소드 기판은 각각 용액을 유입 및 유출시키기 위한 마이크로펌프를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.The anode substrate and the cathode substrate each microfluidic device further comprises a micropump for inflow and outflow of the solution. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 반응 챔버는 이온 교환막을 포함하고, 그에 의해 상기 반응 챔버는 캐소드 챔버 및 애노드 챔버로 구분되는 것을 특징으로 하는 미세유동장치. The reaction chamber comprises an ion exchange membrane, whereby the reaction chamber is divided into a cathode chamber and an anode chamber. a) 반응 챔버에 이온을 포함하는 물보다 표준산화전위가 낮은 이온 또는 높은 이온, 및 물보다 표준환원전위가 낮은 이온을 포함하는 용액을 유입시키는 단계; 및a) introducing into the reaction chamber a solution comprising ions having a lower standard oxidation potential or higher ions than water containing ions and ions having a lower standard reduction potential than water; And b) 애노드 기판 및 캐소드 기판을 통하여 전압을 인가하여 상기 반응 챔버에서 전기분해를 일으켜 상기 반응 챔버에 유입된 용액의 pH를 조절하는 단계b) applying a voltage through an anode substrate and a cathode substrate to cause electrolysis in the reaction chamber to adjust the pH of the solution introduced into the reaction chamber; 를 포함하는 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 따른 미세유동장치 내의 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하는 방법.A method of electrochemically adjusting the pH of a fluid in the microfluidic device according to any one of claims 1 to 3. a) 애노드 챔버에 물보다 표준산화전위가 낮은 이온 또는 높은 이온을 포함하는 용액을 유입시키는 단계;a) introducing a solution containing ions having a lower standard oxidation potential or higher ions than water into the anode chamber; b) 캐소드 챔버에 물보다 표준환원전위가 낮은 이온을 포함하는 용액을 유입시키는 단계; 및b) introducing a solution containing ions having a lower standard reduction potential than water into the cathode chamber; And c) 애노드 기판 및 캐소드 기판을 통하여 전압을 인가하여 상기 애노드 챔버 및 캐소드 챔버에서 전기분해를 일으켜 상기 애노드 챔버 또는 캐소드 챔버에 유입된 용액의 pH를 조절하는 단계c) applying a voltage through an anode substrate and a cathode substrate to cause electrolysis in the anode chamber and the cathode chamber to adjust the pH of the solution introduced into the anode chamber or cathode chamber; 를 포함하는 제 11항에 따른 미세유동장치 내의 유체의 pH를 전기화학적으로 조절하는 방법.Method of electrochemically adjusting the pH of the fluid in the microfluidic device according to claim 11 comprising a. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 용액은 생분자를 포함하고, 전압 인가 단계 이전에, 반도체 기판에 형성된 흡착부에 생분자를 흡착하여 농축하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. The solution comprises biomolecules, and further comprising adsorbing and concentrating the biomolecules on the adsorption portion formed in the semiconductor substrate before the voltage application step. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 물보다 표준산화전위가 낮은 이온은 NO3 -, F-, SO4 2-, PO4 3- 및 CO3 2-로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.The ion having a lower standard oxidation potential than water is at least one selected from the group consisting of NO 3 , F , SO 4 2- , PO 4 3-, and CO 3 2- . 제 12항에 있어서, The method of claim 12, 상기 물보다 표준산화전위가 높은 이온은 Cl-인 것을 특징으로 하는 방법.The ion having a higher standard oxidation potential than water is Cl . 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 물보다 표준환원전위가 낮은 이온은 Na+, K+, Ca2+, Mg2+ 및 Al3+로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.The ion having a lower standard reduction potential than that of water is at least one selected from the group consisting of Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ and Al 3+ . 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 pH는 인가 전압의 방향, 인가 전압의 세기, 전압 인가 시간, 전극의 폭 및 챔버간 간격 중 하나 이상에 의하여 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.The pH is controlled by one or more of the direction of the applied voltage, the strength of the applied voltage, the voltage application time, the width of the electrode and the inter-chamber spacing. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 용액은 생분자를 포함하고, 전압 인가 단계 이전에, 반도체 기판에 형성된 흡착부에 생분자를 흡착하여 농축하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. The solution comprises biomolecules, and further comprising adsorbing and concentrating the biomolecules on the adsorption portion formed in the semiconductor substrate before the voltage application step. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 물보다 표준산화전위가 낮은 이온은 NO3 -, F-, SO4 2-, PO4 3- 및 CO3 2-로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.The ion having a lower standard oxidation potential than water is at least one selected from the group consisting of NO 3 , F , SO 4 2- , PO 4 3-, and CO 3 2- . 제 13항에 있어서, The method of claim 13, 상기 물보다 표준산화전위가 높은 이온은 Cl-인 것을 특징으로 하는 방법.The ion having a higher standard oxidation potential than water is Cl . 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 물보다 표준환원전위가 낮은 이온은 Na+, K+, Ca2+, Mg2+ 및 Al3+로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.The ion having a lower standard reduction potential than that of water is at least one selected from the group consisting of Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ and Al 3+ . 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 pH는 인가 전압의 방향, 인가 전압의 세기, 전압 인가 시간, 전극의 폭 및 챔버간 간격 중 하나 이상에 의하여 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.The pH is controlled by one or more of the direction of the applied voltage, the strength of the applied voltage, the voltage application time, the width of the electrode and the inter-chamber spacing.
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